想象一下，3D打印是否能實(shí)現(xiàn)在家里或辦公室打印一部完整的功能性智能手機(jī)。3D打印(3DP)，又名增材制造(AM)，可以將未來(lái)的工廠重新定義為一個(gè)適合桌面的設(shè)備。

這個(gè)目標(biāo)還有一段路要走，但是3D打印已經(jīng)在制造電子產(chǎn)品，比如連接器，印刷電路板、射頻放大器、太陽(yáng)能組件、嵌入式電子設(shè)備和外殼。據(jù)一家機(jī)構(gòu)稱，打印技術(shù)和材料的進(jìn)步幫助3D打印實(shí)現(xiàn)了它的工業(yè)潛力報(bào)告由在線制造平臺(tái)Hubs編制。

“作為一個(gè)行業(yè)，我們肯定處于一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，很多人都愿意打印最終用途的零件，Markforged3D打印機(jī)制造商，這與五年前相比有了很大的不同。”薩姆·曼寧說(shuō)到。

在整個(gè)制造業(yè)中，3DP解決了很多行業(yè)特有的問(wèn)題，制造商不再需要依賴海外合作伙伴進(jìn)行原型設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，設(shè)計(jì)可以安全直接傳輸?shù)酱蛴C(jī)，降低知識(shí)產(chǎn)權(quán)被盜的風(fēng)險(xiǎn)。部件可以在消費(fèi)點(diǎn)按所需的精確數(shù)量生產(chǎn)。這將企業(yè)從最低訂單要求和發(fā)貨/交付周期中解放出來(lái)。用供應(yīng)鏈的話來(lái)說(shuō)，3DP是“及時(shí)的制造工具”。

價(jià)值 297.2 億美元的全球 EMS 提供商 Flex 早在幾年前就將 3DP 確定為其工業(yè) 4.0 戰(zhàn)略的支柱。設(shè)計(jì)和制造團(tuán)隊(duì)通常對(duì)產(chǎn)品應(yīng)該如何制造有不同的看法。3D制造通過(guò)提供即時(shí)原型和模型縮小了這一差距。隨著產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，3D會(huì)為流程中的每一步創(chuàng)建一個(gè)數(shù)字存儲(chǔ)庫(kù)，可以快速整合設(shè)計(jì)變更并構(gòu)建新的3D模型。

制造商也意識(shí)到 3DP 在成本和可持續(xù)發(fā)展方面的優(yōu)勢(shì)。從原材料到紙板箱的浪費(fèi)在很大程度上得以消除。庫(kù)存不再需要在倉(cāng)庫(kù)中儲(chǔ)存和維護(hù)。運(yùn)輸和交付成本極低。根據(jù) Hubs 的報(bào)告，通過(guò)切片機(jī)優(yōu)化、智能部件定位、批量布局和后處理，流程自動(dòng)化正在提高打印速度、質(zhì)量和一致性。

切片是將3D模型轉(zhuǎn)換為打印機(jī)指令集的過(guò)程。

曼寧說(shuō):“工廠將不再需要每年都進(jìn)行存儲(chǔ)，以確保有合適的零件庫(kù)存，或者在沒(méi)有所需零件的情況下，坐以待斃?，F(xiàn)在的模式是'拿一個(gè)，做一個(gè)'”。

越來(lái)越多的軟件解決方案將 3D 打印生產(chǎn)鏈中的各個(gè)階段聯(lián)系起來(lái)并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。Markforged 開(kāi)發(fā)了自己的軟件。全自動(dòng)工作流程實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守的 3D 打印，工廠幾乎無(wú)需人工監(jiān)管。

“我們的軟件可以確保切片準(zhǔn)確無(wú)誤，并在打印之前對(duì)零件進(jìn)行模擬，以確保拉伸強(qiáng)度。從那時(shí)起，你就擁有了一個(gè)數(shù)字化的零件庫(kù)?！甭鼘幷f(shuō)。

3DP/AM領(lǐng)域由硬件(主要是打印機(jī))、材料和軟件組成。據(jù)Hubs報(bào)道，大幅面金屬AM領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。SLM Solutions正在為美國(guó)空軍建造一個(gè)具有1.5米Z軸的激光-粉末-床-融合系統(tǒng)，該系統(tǒng)將使用多臺(tái)激光器來(lái)生產(chǎn)大型金屬零件。

大型復(fù)合材料專家Caracol正在開(kāi)發(fā)一種近凈形金屬線電弧調(diào)幅系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用金屬線原料和機(jī)器人焊接臂來(lái)創(chuàng)建大型結(jié)構(gòu)或修復(fù)金屬零件。

迄今為止，最大的 3DP 產(chǎn)品是波音公司使用的修剪工具。在對(duì)波音 777x 機(jī)翼表皮進(jìn)行加工和鉆孔時(shí)，該工具可以固定機(jī)翼表皮。

3DP 材料包括越來(lái)越多的工程熱塑性塑料和樹(shù)脂、復(fù)合材料、聚合物粉末和金屬粉末。在熔融堆積建模方面，非平面打印技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，其軟件可以打印出彎曲的線條、消除懸臂支撐并提高垂直強(qiáng)度。

“我們不僅僅制造打印機(jī)”曼寧說(shuō)?！拔覀冎圃觳牧?，處理軟件，當(dāng)你有一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)一起工作，所有人都不斷從人工智能和人工智能中學(xué)習(xí)，這將增加(3DP)的采用率?！?/p>

Markforged可以立即將設(shè)計(jì)發(fā)送到13000臺(tái)通過(guò)ISO安全認(rèn)證的連接打印機(jī)中的任何一臺(tái)?！爱?dāng)你考慮如何解決目前的供應(yīng)鏈問(wèn)題時(shí)，你所要做的就是點(diǎn)擊'發(fā)送'和'打印'?！甭鼘幷f(shuō)。

產(chǎn)品是否是智能手機(jī)或墊圈，3DP非常適合于原型制作、加工和大規(guī)模定制。原型在大規(guī)模生產(chǎn)之前評(píng)估產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和功能。新的設(shè)計(jì)或功能可以更靈活地迭代、測(cè)試和驗(yàn)證。

曼寧說(shuō)：“我認(rèn)為，我們將看到的最大應(yīng)用之一是，與其將 AM 用于快速原型設(shè)計(jì)和打印，不如在按下'打印'鍵之前就在云端迭代產(chǎn)品。你將確切地知道零件在強(qiáng)度和耐用性方面的規(guī)格?！?/span>

工具制造涉及為生產(chǎn)制造專用設(shè)備。憑借按需生產(chǎn)工具、夾具、固定裝置和裝配輔助工具的能力，3D 打印可以最大限度地減少機(jī)器停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)靈活性，并提供定制解決方案。豐田將 AM 用于工具制造，并將靈活性、更快的交付周期和設(shè)計(jì)自由度作為三大優(yōu)勢(shì)。

3D打印也為小批量制造提供了一種經(jīng)濟(jì)可行的方法。企業(yè)可以提供限量版產(chǎn)品和零部件生產(chǎn)，同時(shí)將成本降至最低。豐田正在使用惠普3D打印技術(shù)按需制造替換零件以及短期終端使用部件。

3DP實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)高效的大規(guī)模定制。CAD文件可以根據(jù)客戶需求進(jìn)行修改，產(chǎn)品可以批量打印。科技初創(chuàng)公司Formify利用3D打印技術(shù)，根據(jù)客戶的手部圖像，生產(chǎn)定制的符合人體工程學(xué)的電腦鼠標(biāo)。

“供應(yīng)鏈正在努力盡可能高效地運(yùn)行”曼寧說(shuō)。但市場(chǎng)上廣泛出現(xiàn)的情況是，越來(lái)越多的人需要定制產(chǎn)品。因此，從本質(zhì)上講，每件產(chǎn)品的生產(chǎn)量會(huì)減少，所以運(yùn)輸 50 件產(chǎn)品會(huì)比運(yùn)輸 5 件產(chǎn)品更緊湊。3DP 能夠做到的就是現(xiàn)場(chǎng)打印這五件產(chǎn)品。大多數(shù)企業(yè)都擔(dān)心自己的底線。一旦你能進(jìn)行小批量定制，更多的公司就會(huì)關(guān)注 [3DP]，并找到能讓公司受益的方法。

批量生產(chǎn)是連續(xù)生產(chǎn)多個(gè)相同產(chǎn)品以提高效率的過(guò)程。Hubs 報(bào)道說(shuō)，隨著工作流程日益數(shù)字化和自動(dòng)化，制造商更容易全天候生產(chǎn)零件。在3D打印技術(shù)中，批量生產(chǎn)尤其適用于小型零件，因?yàn)橐淮螛?gòu)建可以容納多個(gè)零件。例如，Protolabs利用150臺(tái)3D打印機(jī)，每年生產(chǎn)多達(dá)100萬(wàn)個(gè)零件。

制造商一直面臨著提高效率和降低成本的壓力，同時(shí)還要成為負(fù)責(zé)任的環(huán)境管理者。3DP 在制造商的綠色計(jì)劃中發(fā)揮著主導(dǎo)作用。例如，與計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）加工等減法制造工藝相比，3DP 產(chǎn)生的材料浪費(fèi)更少。對(duì)于基于粉末的打印，可以重復(fù)使用和回收粉末。

3DP的功耗也更低。Markforged客戶Athena Manufacturing進(jìn)行無(wú)人值守制造。Athena的機(jī)器人可以移除打印床，將它們放在一邊，并放在一個(gè)新的打印床上。然后第二個(gè)機(jī)器人按下“打印”按鈕。曼寧說(shuō):“他們不斷生產(chǎn)零件——不是快速原型，而是要送給客戶的最終零件?！?/p>

據(jù) Hubs 稱，人工智能驅(qū)動(dòng)的軟件工具還能最大限度地降低打印失敗的風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)化 CAD 設(shè)計(jì)以適應(yīng)打印工藝，從而幫助減少添加劑浪費(fèi)。

作為一種數(shù)字化制造方法，3D打印可以在當(dāng)?shù)厣a(chǎn)零件，無(wú)需復(fù)雜的物流和運(yùn)輸。分布式制造網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)提供對(duì)全世界合格制造商的訪問(wèn)來(lái)促進(jìn)本地3D打印。智能零件設(shè)計(jì)正在幫助航空航天和汽車行業(yè)實(shí)現(xiàn)更高的燃油效率。通過(guò)增加部件的重量，飛機(jī)和車輛可以消耗更少的燃料。據(jù)Hubs報(bào)道，將飛機(jī)重量減輕20%可以提高10%的燃油效率。

最后，像汽車和飛機(jī)可以延長(zhǎng)它們的使用壽命。這些產(chǎn)品中使用的組件經(jīng)常會(huì)過(guò)時(shí)。3D打印可以按需生產(chǎn)替換零件。備件可以在家里或辦公室打印。

據(jù)Hubs稱，2022年，包括3D打印系統(tǒng)、軟件、材料和服務(wù)在內(nèi)的3DP市場(chǎng)收入達(dá)到170億美元，年增長(zhǎng)率為13%。根據(jù)其預(yù)測(cè)，2023 年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為 17%，達(dá)到 199 億美元。

"3D打印是工程師的另一種工"曼寧說(shuō)。"它不會(huì)取代傳統(tǒng)制造。但工程師們開(kāi)始學(xué)習(xí)增材制造課程。在設(shè)計(jì)時(shí)，從增材制造的角度思考問(wèn)題是非常不同的。之后的五年里，我們希望工程師們能像傳統(tǒng)思維一樣進(jìn)行增材制造思維。